WO2012097998A1 - Sound absorber for a gas turbine exhaust cone, and method for the production thereof - Google Patents

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WO2012097998A1
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turbine exhaust
carrier
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Predrag Todorovic
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Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg
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    • Y10T29/4957—Sound device making

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine exhaust cone, which is arranged at the outflow region of a gas turbine. Furthermore, the invention relates to a method for producing a sound absorber, in particular for a gas turbine exhaust cone.
  • the invention has for its object to provide a sound absorber, in particular for a gas turbine exhaust cone of the type described above, which is inexpensive to produce with a simple structure and high damping effect and has a low weight, and to a method for its preparation.
  • the sound absorber according to the invention which can be used in particular for an exhaust gas cone, has an outer wall, in which a plurality of recesses is provided.
  • the recesses may be formed as individual, singular recesses or in the form of a perforation.
  • a plurality of funnel-like cone elements are arranged within the outer wall of the gas turbine exhaust cone, which have a larger diameter radially outwardly opening and a smaller radially inwardly opening. These individual funnel-like cone elements are preferably assigned to the recesses in the outer wall, in particular if individual singular recesses are provided. In this case, it is possible to position the funnel-shaped cone element exactly to the recess.
  • adjacent cone elements are each arranged on a strip-shaped first carrier tape.
  • the cone elements can be produced either by a forming process or embossing process directly from the material of the strip-shaped first carrier tape. It is also possible to manufacture the funnel-like cone elements separately and to add them to the carrier strip, the carrier strip then having corresponding recesses in order to allow a sound entry into the funnel-like cone elements.
  • the gas turbine exhaust cone according to the invention also provides that cup elements are provided radially inside the cone elements, which each receive a cone element.
  • the dimensioning of the cone elements and the cup elements is coordinated and dimensioned to match the or to be absorbed frequencies.
  • Adjacent cup elements are, analogous to the cone elements, each arranged on a strip-shaped second carrier tape.
  • the invention provides that the first carrier bands are arranged next to one another in a first direction and the second carrier bands are arranged side by side in a second direction, wherein the directions cross over and the carrier tapes are joined together to form a rigid body and with the outer wall.
  • the first and second carrier bands thus allow the individual cone elements or cup elements to be associated with each other.
  • the crosswise or overlapping arrangement of the carrier tapes also results in a stable overall structure, which is simple and inexpensive to produce. On the use of a separate outer wall can optionally be dispensed with, since this can be realized by the joined first carrier tapes.
  • the embodiment according to the invention makes it possible to produce complex three-dimensional structures for the gas turbine exhaust gas cone, for example not only cylindrical absorber elements but also conical, frusto-conical or conical.
  • the carrier tapes are arranged at an angle to a central axis of the gas turbine exhaust cone. This results in a rigid construction, which can absorb both thermal loads and withstand acting forces or vibrations.
  • the cone elements in the radial direction to a height which is less than the depth of the cup elements, so that the sound waves entering through the cone elements can enter the cup element.
  • a honeycomb structure layer is formed, wherein the outer wall can be formed in a preferred development double-walled with interposed honeycomb layer. This makes it possible to additionally achieve damping or absorption of high-frequency vibrations.
  • the carrier tapes are each connected at their end regions with a flange. It is thus possible to use the gas turbine exhaust cone from individual segments merge, for example, a cylindrical and a conical element.
  • stiffening elements are arranged, which are preferably elongated and support the cup elements.
  • the stiffening elements are preferably arranged between adjacent rows of cup elements. This design leads to an additional stiffening of the overall construction and can help to improve the vibration absorption, in particular for larger cup elements, since the side walls and the bottom of the cup elements can be additionally supported.
  • cone elements and cup elements according to the invention can be provided in the axial direction of the gas turbine exhaust cone either over its entire length or over an axial portion of the overall length.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a gas turbine engine according to the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sound absorber with a funnel-shaped cone element and a cup element
  • FIG. 3 shows a perspective partial view of an embodiment of the gas turbine exhaust gas cone according to the invention for illustrating the assignment of the carrier tapes
  • FIG. 4 shows a view analogous to FIG. 3
  • Cone elements and cup elements, 7 shows a schematic sequence of the manufacturing process of the acoustic absorber according to the invention
  • Fig. 8 is a partial perspective view on the outside of the absorber.
  • Fig. 9 is a partial perspective view of the inside with additional
  • the gas turbine engine 10 of FIG. 1 is an example of a turbomachine to which the invention may apply. However, it will be understood from the following that the invention can be used with other turbomachinery as well.
  • the engine 10 is formed in a conventional manner and comprises in the flow direction in succession an air inlet 1 1, a circulating in a housing fan 12, an intermediate pressure compressor 13, a high pressure compressor 14, combustors 15, a high pressure turbine 16, an intermediate pressure turbine 17 and a low pressure turbine 18 and a Exhaust nozzle 19, which are all arranged around a central engine axis 1.
  • the intermediate pressure compressor 13 and the high pressure compressor 14 each include a plurality of stages, each of which includes a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 20, commonly referred to as stator vanes, that radially inwardly from the engine casing 21 in an annular flow passage through the compressors 13, 14 protrude.
  • the compressors further include an array of compressor blades 22 projecting radially outwardly from a rotatable drum or disc 26 coupled to hubs 27 of the high pressure turbine 16 and the intermediate pressure turbine 17, respectively.
  • the turbine sections 16, 17, 18 have similar stages, comprising an array of fixed vanes 23 projecting radially inward from the housing 21 into the annular flow passage through the turbines 16, 17, 18, and a downstream array of turbine blades 24 projecting outwardly from a rotatable hub 27.
  • the compressor drum or compressor disk 26 and the blades 22 arranged thereon and the turbine rotor hub 27 and the Turbine blades 24 disposed thereon rotate about the engine axis 1 during operation.
  • FIG. 1 shows by reference numeral 28 a gas turbine exhaust cone.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an acoustic absorber, as it is designed and used according to the invention.
  • the acoustic absorber comprises in each case a funnel-like cone element 31 which has a radially outer opening 32 (upper opening according to FIG. 2), which is larger than a radially inner opening 33.
  • FIG. 2 further shows that the funnel-like cone element 31 in FIG a cup member 35 is disposed, wherein the opening 33 has a distance from the bottom of the Napfelements 35.
  • sound waves can enter the funnel-shaped cone element 31 and pass through the opening 33 into the interior of the Napfelements 35.
  • in particular low frequencies are absorbed.
  • FIGS. 3 and 4 each show perspective partial views. From this it can be seen that the individual funnel-like cone elements are arranged or formed on a first carrier strip 34, while the cup elements 35 are arranged or formed on a second carrier strip 36. The dimensioning and the spacing of the center axes of the cone elements 31 and the cup elements 35 is selected such that the two carrier bands 34 and 36 can be mounted one upon the other to form the damping element or absorption element shown in FIG. Furthermore, FIGS. 3 and 4 show a front flange 37 and a rear flange 38.
  • the carrier tapes 34 and 36 with the associated funnel-like cone elements 31 and the cup elements 35 are shown in enlarged perspective partial representation again in FIGS. 5 and 6. It follows that the carrier tapes 34, 36 may be formed either flat and strip-shaped or may also have a edge flanging.
  • FIG. 7 shows the method of production of the gas turbine exhaust gas cone according to the invention.
  • an outer wall 29 is schematically illustrated represented, which may be spherical or slightly conical and has a circular cross-section.
  • the flanges 37 and 38 are secured to the outer wall 29 by means of a suitable joining method, for example by welding or brazing or in another suitable manner.
  • first carrier tapes 34 are inserted and connected to the flanges 37 and 38.
  • the individual carrier tapes 34 are arranged parallel to one another, as shown in step 4 of FIG. 7. It thus results in a closed, inherently stable shape, since the individual carrier bands are joined both with the flanges 37 and 38 and with each other.
  • second carrier tapes 36 are placed on the inside of the first carrier tapes 34 and carry the cup elements 35.
  • the cup elements 35 thus accommodate the individual funnel-like cone elements 31.
  • the second carrier bands 36 are also joined together and with the flanges 37 and 38 so that the structure shown in step 6 according to FIG. 7 results.
  • FIG. 8 shows a perspective partial view of the finished wall of the gas turbine exhaust cone or acoustic absorber according to the invention.
  • recesses 30 can be seen, which are provided as singular recesses and are assigned to the individual cone elements 31 appropriately.
  • the recesses 30 may be formed either in the outer wall 29. If a physical outer wall 29 is dispensed with, the recesses result from the recesses provided in the first carrier tapes 34.
  • FIG. 9 shows a perspective interior view of a further exemplary embodiment in which additional elongated reinforcing elements 39 are inserted, which are provided with the Napfelementen 35 and / or the second carrier bands 36 are joined to achieve an additional stabilization of the structure.

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Abstract

The invention relates to a method for producing a sound absorber, the outer wall (29) of which is provided with a multitude of cavities (30) and which comprises funnel-like cone elements (31) that are associated with the cavities (30) within the sound absorber and have a radially outward-facing opening (32) with a larger diameter and a smaller, radially inward-facing opening (33). Adjoining cone elements (31) are formed on a strip-shaped first support band (34). The sound absorber further comprises cup elements (35) which are arranged radially inward from the cone elements (31) and each of which accommodates a cone element (31). Adjacent cup elements (35) are formed on a strip-shaped second support band (36). The first support bands (34) are arranged next to each other in a first direction, while the second support bands (36) are arranged next to each other in a second direction, said two directions intersecting. The support bands (34, 36) are joined to each other and to the outer wall (29) so as to form a rigid member.

Description

SCHALLABSORBER FÜR EINEN GASTURBINENABGASKONUS  SOUND ABSORBER FOR A GAS TURBINE EXHAUST CONSUMPTION
UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG  AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Beschreibung description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasturbinenabgaskonus, welcher am Ausströmbereich einer Gasturbine angeordnet ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers, insbesondere für einen Gasturbinenabgaskonus. The invention relates to a gas turbine exhaust cone, which is arranged at the outflow region of a gas turbine. Furthermore, the invention relates to a method for producing a sound absorber, in particular for a gas turbine exhaust cone.
Bei Gasturbinen für Flugzeugtriebwerken ist es erforderlich, das Geräuschniveau zu senken. Zu diesem Zweck sind auch unterschiedliche Maßnahmen bekannt, um das aus einer Abströmdüse stromab der Turbine austretende Gasstrahlgeräusch zu minimieren. In gas turbine engines for aircraft engines, it is necessary to lower the noise level. For this purpose, different measures are known to minimize the emerging from a discharge nozzle downstream of the turbine gas jet noise.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, niedrige Frequenzen, die sich insbesondere bei Triebwerken mit Magerverbrennung ergeben, zu dämpfen. Eine Geräuschdämpfung erfolgt dabei über einen Helmholtz-Resonator. Es ist bekannt, in dem Anströmbereich des Abgaskonus einen derartigen Helmholtz-Resonator auszubilden, während der stromab liegende Endbereich des Abgaskonus lediglich als geometrischer Körper ausgebildet ist. Bekannte Helmholtz-Resonatoren werden dabei als System von radialen Wänden und inneren zylindrischen Führungen ausgestaltet und in Abhängigkeit von den Frequenzen dimensioniert. Bei den bekannten Konstruktionen erweist es sich als nachteilig, dass diese im Hinblick auf die auftretenden Gastemperaturen mechanisch stark belastet sind und deshalb Verstärkungselemente erfordern. Dies führt zu einer ein relativ hohes Gewicht aufweisenden Konstruktion, auch bedingt durch unterschiedliche Wandungen und Versteifungselemente. Zusätzlich ergibt sich eine sehr aufwendige Fertigung. Die Herstellungskosten werden auch noch durch interne Akustik-Maßnahmen (Perforationen oder Ähnliches) erhöht. Auch die axiale Länge eines derartigen Resonators erfordert einen erheblichen Bauraum und bringt zusätzliches Gewicht. From the prior art it is known to dampen low frequencies that result particularly in lean-burn engines. A noise attenuation takes place via a Helmholtz resonator. It is known to form such a Helmholtz resonator in the inflow region of the exhaust cone, while the downstream end region of the exhaust cone merely as a geometric body is trained. Known Helmholtz resonators are designed as a system of radial walls and inner cylindrical guides and dimensioned as a function of the frequencies. In the known constructions, it proves disadvantageous that they are mechanically heavily loaded with regard to the gas temperatures occurring and therefore require reinforcing elements. This leads to a relatively high-weight construction, also due to different walls and stiffening elements. In addition, a very complex production results. The production costs are also increased by internal acoustics measures (perforations or the like). The axial length of such a resonator requires a considerable space and brings additional weight.
Aus der US 5,670,758 ist ein akustischer Absorber bekannt, bei welchem ein trichterförmiges Element mit einem Napf kombiniert ist. Eine ähnliche Konstruktion zeigt auch die US 5,760,349. Diese Konstruktionen sind insbesondere für die Dämpfung niedrigerer Frequenzen geeignet. Es erweist sich als nachteilig, dass die Herstellung sehr aufwendig ist. Zudem können komplexe dreidimensionale Formen derartiger akustischer Absorber nicht oder nur schwer realisiert werden. Ein weiteres Problem liegt in der Lagerung und Befestigung der einzelnen Absorberelemente. Zudem ergeben sich hinsichtlich der thermischen Expansion und der durch Temperaturbeaufschlagung auftretenden Materialbelastung Probleme in der Anwendung bei Gasturbinen. From US 5,670,758 an acoustic absorber is known, in which a funnel-shaped element is combined with a cup. A similar construction is also shown in US 5,760,349. These constructions are particularly suitable for the attenuation of lower frequencies. It proves to be disadvantageous that the production is very expensive. In addition, complex three-dimensional shapes of such acoustic absorbers can not or only with difficulty be realized. Another problem is the storage and attachment of the individual absorber elements. In addition, problems arise in terms of thermal expansion and occurring due to temperature stress material application in gas turbines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schallabsorber, insbesondere für einen Gasturbinenabgaskonus der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und hoher Dämpfungswirkung kostengünstig herstellbar ist und ein geringes Gewicht aufweist, sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung. The invention has for its object to provide a sound absorber, in particular for a gas turbine exhaust cone of the type described above, which is inexpensive to produce with a simple structure and high damping effect and has a low weight, and to a method for its preparation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombinationen der unabhängigen Ansprüche gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. According to the invention the object is achieved by the combination of features of the independent claims, the subclaims show further advantageous embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Schallabsorber, der insbesondere für einen Abgaskonus verwendbar ist, eine Außenwandung aufweist, in welcher eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen ist. Die Ausnehmungen können als einzelne, singulare Ausnehmungen oder in Form einer Perforation ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist innerhalb der Außenwandung des Gasturbinenabgaskonus eine Vielzahl von trichterartigen Kegelelementen angeordnet, welche eine im Durchmesser größere radial nach außen weisende Öffnung und eine kleinere radial nach innen weisende Öffnung aufweisen. Diese einzelnen trichterartigen Kegelelemente sind bevorzugt den Ausnehmungen in der Außenwandung zugeordnet, insbesondere, wenn einzelne singulare Ausnehmungen vorgesehen sind. In diesem Fall ist es möglich, das trichterartige Kegelelement exakt zu der Ausnehmung zu positionieren. According to the invention, it is thus provided that the sound absorber according to the invention, which can be used in particular for an exhaust gas cone, has an outer wall, in which a plurality of recesses is provided. The recesses may be formed as individual, singular recesses or in the form of a perforation. According to the invention, a plurality of funnel-like cone elements are arranged within the outer wall of the gas turbine exhaust cone, which have a larger diameter radially outwardly opening and a smaller radially inwardly opening. These individual funnel-like cone elements are preferably assigned to the recesses in the outer wall, in particular if individual singular recesses are provided. In this case, it is possible to position the funnel-shaped cone element exactly to the recess.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass benachbarte Kegelelemente jeweils an einem streifenförmigen ersten Trägerband angeordnet sind. Die Kegelelemente können dabei entweder durch einen Umformvorgang oder Prägevorgang direkt aus dem Material des streifenförmigen ersten Trägerbandes hergestellt werden. Es ist auch möglich, die trichterartigen Kegelelemente separat zu fertigen und mit dem Trägerband zu fügen, wobei das Trägerband dann entsprechende Ausnehmungen aufweist, um einen Schalleintritt in die trichterartigen Kegelelemente zu ermöglichen. According to the invention it is further provided that adjacent cone elements are each arranged on a strip-shaped first carrier tape. The cone elements can be produced either by a forming process or embossing process directly from the material of the strip-shaped first carrier tape. It is also possible to manufacture the funnel-like cone elements separately and to add them to the carrier strip, the carrier strip then having corresponding recesses in order to allow a sound entry into the funnel-like cone elements.
Der erfindungsgemäße Gasturbinenabgaskonus sieht weiterhin vor, dass radial innerhalb zu den Kegelelementen Napfelemente vorgesehen sind, welche jeweils ein Kegelelement aufnehmen. Die Dimensionierung der Kegelelemente und der Napfelemente ist aufeinander abgestimmt und passend zu den oder der zu absorbierenden Frequenzen dimensioniert. Benachbarte Napfelemente sind, analog den Kegelelementen, jeweils an einem streifenförmigen zweiten Trägerband angeordnet. Auch hierbei ist es möglich, die Napfelemente durch einen Umformvorgang aus dem Trägerelement zu prägen oder die Napfelemente separat herzustellen und mit dem zweiten Trägerband zu fügen, wobei das zweite Trägerband dann entsprechende Ausnehmungen aufweisen muss, um die Kegelelemente in die Napfelemente einzuführen. The gas turbine exhaust cone according to the invention also provides that cup elements are provided radially inside the cone elements, which each receive a cone element. The dimensioning of the cone elements and the cup elements is coordinated and dimensioned to match the or to be absorbed frequencies. Adjacent cup elements are, analogous to the cone elements, each arranged on a strip-shaped second carrier tape. Here, too, it is possible to emboss the cup elements by a forming process from the carrier element or to manufacture the cup elements separately and to add them to the second carrier band, the second carrier band then having to have corresponding recesses in order to introduce the cone elements into the cup elements.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die ersten Trägerbänder nebeneinander in einer ersten Richtung angeordnet und die zweiten Trägerbänder nebeneinander in einer zweiten Richtung angeordnet sind, wobei sich die Richtungen überkreuzen und die Trägerbänder zu Ausbildung eines starren Körpers miteinander und mit der Außenwandung gefügt sind. Die ersten und zweiten Trägerbänder gestatten es somit, die einzelnen Kegelelemente bzw. Napfelemente einander zuzuordnen. Durch die kreuzweise oder überlappende Anordnung der Trägerbänder ergibt sich zudem eine in sich stabile Gesamtstruktur, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Auf die Verwendung einer separaten Außenwandung kann gegebenenfalls verzichtet werden, da diese durch die gefügten ersten Trägerbänder realisiert werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, komplexe dreidimensionale Strukturen für den Gasturbinenabgaskonus herzustellen, beispielsweise nicht nur zylindrische Absorberelemente, sondern auch konische, kegelstumpfförmige oder kegelförmige. In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägerbänder in einem Winkel zu einer zentrischen Achse des Gasturbinenabgaskonus angeordnet sind. Es ergibt sich somit eine steife Konstruktion, welche sowohl thermische Belastungen aufnehmen als auch einwirkenden Kräften oder Schwingungen widerstehen kann. Furthermore, the invention provides that the first carrier bands are arranged next to one another in a first direction and the second carrier bands are arranged side by side in a second direction, wherein the directions cross over and the carrier tapes are joined together to form a rigid body and with the outer wall. The first and second carrier bands thus allow the individual cone elements or cup elements to be associated with each other. The crosswise or overlapping arrangement of the carrier tapes also results in a stable overall structure, which is simple and inexpensive to produce. On the use of a separate outer wall can optionally be dispensed with, since this can be realized by the joined first carrier tapes. The embodiment according to the invention makes it possible to produce complex three-dimensional structures for the gas turbine exhaust gas cone, for example not only cylindrical absorber elements but also conical, frusto-conical or conical. In a favorable development of the invention it is provided that the carrier tapes are arranged at an angle to a central axis of the gas turbine exhaust cone. This results in a rigid construction, which can absorb both thermal loads and withstand acting forces or vibrations.
Bevorzugterweise weisen die Kegelelemente in radialer Richtung eine Höhe auf, welche geringer ist als die Tiefe der Napfelemente, so dass die durch die Kegelelemente eintretenden Schallwellen in das Napfelement eintreten können. In günstiger Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Außenwandung eine Wabenstrukturschicht ausgebildet ist, wobei die Außenwandung in bevorzugter Weiterbildung doppelwandig mit zwischengeordneter Wabenschicht ausgebildet sein kann. Hierdurch ist es möglich, zusätzlich eine Dämpfung oder Absorption von hochfrequenten Schwingungen zu erzielen. Preferably, the cone elements in the radial direction to a height which is less than the depth of the cup elements, so that the sound waves entering through the cone elements can enter the cup element. In a favorable development of the invention it can be provided that in the region of the outer wall, a honeycomb structure layer is formed, wherein the outer wall can be formed in a preferred development double-walled with interposed honeycomb layer. This makes it possible to additionally achieve damping or absorption of high-frequency vibrations.
Um eine in sich stabile Gesamtkonstruktion zu schaffen, kann es günstig sein, wenn die Trägerbänder an ihren Endbereichen jeweils mit einem Flansch verbunden sind. Es ist somit möglich, den Gasturbinenabgaskonus aus einzelnen Segmenten zusammenzufügen, beispielsweise aus einem zylindrischen und einem kegelförmigen Element. In order to create a stable overall construction, it may be favorable if the carrier tapes are each connected at their end regions with a flange. It is thus possible to use the gas turbine exhaust cone from individual segments merge, for example, a cylindrical and a conical element.
In günstiger Weiterbildung kann weiterhin vorgesehen sein, dass radial innerhalb der durch die gefügten zweiten Trägerbänder gebildeten Struktur Versteifungselemente angeordnet sind, die bevorzugterweise länglich ausgebildet sind und die Napfelemente abstützen. Die Versteifungselemente sind bevorzugterweise zwischen benachbarten Reihen von Napfelementen angeordnet. Diese Konstruktion führt zu einer zusätzlichen Versteifung der Gesamtkonstruktion und kann dazu beitragen, insbesondere bei größeren Napfelementen die Schwingungsabsorption zu verbessern, da die Seitenwände und der Boden der Napfelemente zusätzlich abgestützt werden können. In a favorable development can further be provided that radially within the structure formed by the joined second carrier bands structure stiffening elements are arranged, which are preferably elongated and support the cup elements. The stiffening elements are preferably arranged between adjacent rows of cup elements. This design leads to an additional stiffening of the overall construction and can help to improve the vibration absorption, in particular for larger cup elements, since the side walls and the bottom of the cup elements can be additionally supported.
Die erfindungsgemäßen Kegelelemente und Napfelemente können in Axialrichtung des Gasturbinenabgaskonus entweder über dessen gesamte Länge oder über einen axialen Teilbereich der Gesamtlänge vorgesehen sein. The cone elements and cup elements according to the invention can be provided in the axial direction of the gas turbine exhaust cone either over its entire length or over an axial portion of the overall length.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Gasturbinentriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung In the following the invention will be described by means of embodiments in conjunction with the drawing. 1 is a schematic representation of a gas turbine engine according to the present invention
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schallabsorbers mit einem trichterförmigen Kegelelement und einem Napfelement, 2 shows a schematic representation of a sound absorber with a funnel-shaped cone element and a cup element,
Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gasturbinenabgaskonus zur Darstellung der Zuordnung der Trägerbänder, Fig. 4 eine Ansicht, analog Fig. 3, 3 shows a perspective partial view of an embodiment of the gas turbine exhaust gas cone according to the invention for illustrating the assignment of the carrier tapes, FIG. 4 shows a view analogous to FIG. 3,
Fig. 5, 6 perspektivische Teilansichten der jeweiligen Trägerbänder mit Fig. 5, 6 perspective partial views of the respective carrier tapes with
Kegelelementen und Napfelementen, Fig. 7 eine schematische Abfolge des Herstellvorganges des erfindungsgemäßen akustischen Absorbers, Cone elements and cup elements, 7 shows a schematic sequence of the manufacturing process of the acoustic absorber according to the invention,
Fig. 8 eine perspektivische Teilansicht auf der Außenseite des Absorbers, und Fig. 8 is a partial perspective view on the outside of the absorber, and
Fig. 9 eine perspektivische Teilansicht auf die Innenseite mit zusätzlichen Fig. 9 is a partial perspective view of the inside with additional
Versteifungselementen.  Stiffeners.
Das Gasturbinentriebwerk 10 gemäß Fig. 1 ist ein Beispiel einer Turbomaschine, bei der die Erfindung Anwendung finden kann. Aus dem Folgenden wird jedoch klar, dass die Erfindung auch bei anderen Turbomaschinen verwendet werden kann. Das Triebwerk 10 ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander einen Lufteinlass 1 1 , einen in einem Gehäuse umlaufenden Fan 12, einen Zwischendruckkompressor 13, einen Hochdruckkompressor 14, Brennkammern 15, eine Hochdruckturbine 16, eine Zwischendruckturbine 17 und eine Niederdruckturbine 18 sowie eine Abgasdüse 19, die sämtlich um eine zentrale Triebwerksachse 1 angeordnet sind. The gas turbine engine 10 of FIG. 1 is an example of a turbomachine to which the invention may apply. However, it will be understood from the following that the invention can be used with other turbomachinery as well. The engine 10 is formed in a conventional manner and comprises in the flow direction in succession an air inlet 1 1, a circulating in a housing fan 12, an intermediate pressure compressor 13, a high pressure compressor 14, combustors 15, a high pressure turbine 16, an intermediate pressure turbine 17 and a low pressure turbine 18 and a Exhaust nozzle 19, which are all arranged around a central engine axis 1.
Der Zwischendruckkompressor 13 und der Hochdruckkompressor 14 umfassen jeweils mehrere Stufen, von denen jede eine in Umfangsrichtung verlaufende Anordnung fester stationärer Leitschaufeln 20 aufweist, die allgemein als Statorschaufeln bezeichnet werden und die radial nach innen vom Triebwerksgehäuse 21 in einem ringförmigen Strömungskanal durch die Kompressoren 13, 14 vorstehen. Die Kompressoren weisen weiter eine Anordnung von Kompressorlaufschaufeln 22 auf, die radial nach außen von einer drehbaren Trommel oder Scheibe 26 vorstehen, die mit Naben 27 der Hochdruckturbine 16 bzw. der Zwischendruckturbine 17 gekoppelt sind. The intermediate pressure compressor 13 and the high pressure compressor 14 each include a plurality of stages, each of which includes a circumferentially extending array of fixed stationary vanes 20, commonly referred to as stator vanes, that radially inwardly from the engine casing 21 in an annular flow passage through the compressors 13, 14 protrude. The compressors further include an array of compressor blades 22 projecting radially outwardly from a rotatable drum or disc 26 coupled to hubs 27 of the high pressure turbine 16 and the intermediate pressure turbine 17, respectively.
Die Turbinenabschnitte 16, 17, 18 weisen ähnliche Stufen auf, umfassend eine Anordnung von festen Leitschaufeln 23, die radial nach innen vom Gehäuse 21 in den ringförmigen Strömungskanal durch die Turbinen 16, 17, 18 vorstehen, und eine nachfolgende Anordnung von Turbinenschaufeln 24, die nach außen von einer drehbaren Nabe 27 vorstehen. Die Kompressortrommel oder Kompressorscheibe 26 und die darauf angeordneten Schaufeln 22 sowie die Turbinenrotornabe 27 und die darauf angeordneten Turbinenlaufschaufeln 24 drehen sich im Betrieb um die Triebwerksachse 1. The turbine sections 16, 17, 18 have similar stages, comprising an array of fixed vanes 23 projecting radially inward from the housing 21 into the annular flow passage through the turbines 16, 17, 18, and a downstream array of turbine blades 24 projecting outwardly from a rotatable hub 27. The compressor drum or compressor disk 26 and the blades 22 arranged thereon and the turbine rotor hub 27 and the Turbine blades 24 disposed thereon rotate about the engine axis 1 during operation.
Die Fig. 1 zeigt mit dem Bezugszeichen 28 einen Gasturbinenabgaskonus. FIG. 1 shows by reference numeral 28 a gas turbine exhaust cone.
In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung ein akustischer Absorber dargestellt, so wie dieser erfmdungsgemäß ausgebildet und verwendet wird. Der akustische Absorber umfasst jeweils ein trichterartiges Kegelelement 31 , welches eine radial außenliegende Öffnung 32 (obere Öffnung gemäß Fig. 2) aufweist, welche größer ist, als eine radial innenliegende Öffnung 33. Die Fig. 2 zeigt weiterhin, dass das trichterartige Kegelelement 31 in einem Napfelement 35 angeordnet ist, wobei die Öffnung 33 einen Abstand zu dem Boden des Napfelements 35 aufweist. Somit können Schallwellen in das trichterartige Kegelelement 31 eintreten und durch die Öffnung 33 in den Innenraum des Napfelements 35 gelangen. Hierdurch werden insbesondere tiefe Frequenzen absorbiert. FIG. 2 shows a schematic representation of an acoustic absorber, as it is designed and used according to the invention. The acoustic absorber comprises in each case a funnel-like cone element 31 which has a radially outer opening 32 (upper opening according to FIG. 2), which is larger than a radially inner opening 33. FIG. 2 further shows that the funnel-like cone element 31 in FIG a cup member 35 is disposed, wherein the opening 33 has a distance from the bottom of the Napfelements 35. Thus, sound waves can enter the funnel-shaped cone element 31 and pass through the opening 33 into the interior of the Napfelements 35. As a result, in particular low frequencies are absorbed.
Die Fig. 3 und 4 zeigen jeweils perspektivische Teilansichten. Hieraus ist zu erkennen, dass die einzelnen trichterartigen Kegelelemente an einem ersten Trägerband 34 angeordnet oder ausgebildet sind, während die Napfelemente 35 an einem zweiten Trägerband 36 angeordnet oder ausgebildet sind. Die Dimensionierung und der Abstand der Mittelachsen der Kegelelemente 31 und der Napfelemente 35 ist so gewählt, dass die beiden Trägerbänder 34 und 36 aufeinanderliegend montiert werden können, um das in Fig. 2 gezeigte Dämpfungselement oder Absorptionselement zu bilden. Weiterhin zeigen die Fig. 3 und 4 einen vorderen Flansch 37 sowie einen hinteren Flansch 38. FIGS. 3 and 4 each show perspective partial views. From this it can be seen that the individual funnel-like cone elements are arranged or formed on a first carrier strip 34, while the cup elements 35 are arranged or formed on a second carrier strip 36. The dimensioning and the spacing of the center axes of the cone elements 31 and the cup elements 35 is selected such that the two carrier bands 34 and 36 can be mounted one upon the other to form the damping element or absorption element shown in FIG. Furthermore, FIGS. 3 and 4 show a front flange 37 and a rear flange 38.
Die Trägerbänder 34 und 36 mit den zugeordneten trichterartigen Kegelelementen 31 bzw. den Napfelementen 35 sind in vergrößerter perspektivischer Teildarstellung nochmals in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Daraus ergibt sich, dass die Trägerbänder 34, 36 entweder flach und streifenförmig ausgebildet sein können oder auch eine Randbördelung aufweisen können. The carrier tapes 34 and 36 with the associated funnel-like cone elements 31 and the cup elements 35 are shown in enlarged perspective partial representation again in FIGS. 5 and 6. It follows that the carrier tapes 34, 36 may be formed either flat and strip-shaped or may also have a edge flanging.
Die Fig. 7 zeigt die Herstellungsweise des erfindungsgemäßen Gasturbinenabgaskonus. In der Darstellung 1 gemäß Fig. 7 ist schematisch eine Außenwandung 29 dargestellt, welche ballig oder leicht kegelförmig ausgebildet sein kann und einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Im Schritt 2 gemäß Fig. 7 werden die Flansche 37 und 38 an der Außenwandung 29 mittels eines geeigneten Fügeverfahrens befestigt, beispielsweise durch Schweißen oder Löten oder in anderer geeigneter Weise. FIG. 7 shows the method of production of the gas turbine exhaust gas cone according to the invention. In the representation 1 according to FIG. 7, an outer wall 29 is schematically illustrated represented, which may be spherical or slightly conical and has a circular cross-section. In step 2 of Fig. 7, the flanges 37 and 38 are secured to the outer wall 29 by means of a suitable joining method, for example by welding or brazing or in another suitable manner.
Im Schritt 3 gemäß Fig. 7 werden erste Trägerbänder 34 eingelegt und mit den Flanschen 37 und 38 verbunden. Die einzelnen Trägerbänder 34 sind parallel zueinander angeordnet, so wie dies in Schritt 4 der Fig. 7 dargestellt ist. Es ergibt sich somit eine geschlossene, in sich stabile Form, da die einzelnen Trägerbänder sowohl mit den Flanschen 37 und 38 als auch miteinander gefügt sind. In step 3 of FIG. 7, first carrier tapes 34 are inserted and connected to the flanges 37 and 38. The individual carrier tapes 34 are arranged parallel to one another, as shown in step 4 of FIG. 7. It thus results in a closed, inherently stable shape, since the individual carrier bands are joined both with the flanges 37 and 38 and with each other.
In einem nachfolgenden Schritt 5 gemäß Fig. 7 werden auf die Innenseite der ersten Trägerbänder 34 zweite Trägerbänder 36 aufgelegt, welche die Napfelemente 35 tragen. Die Napfelemente 35 nehmen somit die einzelnen trichterartigen Kegelelemente 31 auf. Auch die zweiten Trägerbänder 36 werden sowohl miteinander als auch mit den Flanschen 37 und 38 gefügt, so dass sich die im Schritt 6 gemäß Fig. 7 gezeigte Struktur ergibt. In a subsequent step 5 according to FIG. 7, second carrier tapes 36 are placed on the inside of the first carrier tapes 34 and carry the cup elements 35. The cup elements 35 thus accommodate the individual funnel-like cone elements 31. The second carrier bands 36 are also joined together and with the flanges 37 and 38 so that the structure shown in step 6 according to FIG. 7 results.
Es versteht sich, dass erfindungsgemäß auch auf die reale Ausbildung der Außenwandung 29 verzichtet werden kann, da die miteinander gefügten ersten Trägerbänder 34 bereits eine ausreichend stabile äußere Wandung bilden können, nachdem sie miteinander gefügt wurden. It is understood that according to the invention can be dispensed with the real training of the outer wall 29, since the interconnected first carrier tapes 34 can already form a sufficiently stable outer wall, after they have been joined together.
Die Fig. 8 zeigt eine perspektivische Teilansicht der fertiggestellten Wandung des erfindungsgemäßen Gasturbinenabgaskonus oder akustischen Absorbers. Hierbei sind insbesondere Ausnehmungen 30 erkennbar, welche als singuläre Ausnehmungen vorgesehen sind und den einzelnen Kegelelementen 31 passend zugeordnet sind. Die Ausnehmungen 30 können entweder in der Außenwandung 29 ausgebildet sein. Wenn auf eine physische Außenwandung 29 verzichtet wird, ergeben sich die Ausnehmungen durch die in den ersten Trägerbändern 34 vorgesehenen Ausnehmungen. FIG. 8 shows a perspective partial view of the finished wall of the gas turbine exhaust cone or acoustic absorber according to the invention. In this case, in particular recesses 30 can be seen, which are provided as singular recesses and are assigned to the individual cone elements 31 appropriately. The recesses 30 may be formed either in the outer wall 29. If a physical outer wall 29 is dispensed with, the recesses result from the recesses provided in the first carrier tapes 34.
Die Fig. 9 zeigt eine perspektivische Innenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei welchem zusätzliche längliche Versteifungselemente 39 eingelegt sind, welche mit den Napfelementen 35 und/oder den zweiten Trägerbändern 36 gefügt sind, um eine zusätzliche Stabilisierung der Struktur zu erzielen. FIG. 9 shows a perspective interior view of a further exemplary embodiment in which additional elongated reinforcing elements 39 are inserted, which are provided with the Napfelementen 35 and / or the second carrier bands 36 are joined to achieve an additional stabilization of the structure.
Bezugszeichenliste: LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Triebwerksachse / zentrische Achse1 engine axis / centric axis
10 Gasturbinentriebwerk 10 gas turbine engine
11 Lufteinlass  11 air intake
12 im Gehäuse umlaufender Fan 12 circulating fan in the housing
13 Zwischendruckkompressor 13 intermediate pressure compressor
14 Hochdruckkompressor  14 high pressure compressor
15 Brennkammern  15 combustion chambers
16 Hochdruckturbine  16 high-pressure turbine
17 Zwischendruckturbine  17 intermediate pressure turbine
18 Niederdruckturbine  18 low-pressure turbine
19 Abgasdüse  19 exhaust nozzle
20 Leitschaufeln  20 vanes
21 Triebwerksgehäuse / Verkleidung 21 Engine housing / fairing
22 Kompressorlaufschaufeln 22 compressor blades
23 Leitschaufeln  23 vanes
24 Turbinenschaufeln  24 turbine blades
26 Kompressortrommel oder -scheibe 26 Compressor drum or disc
27 Turbinenrotornabe 27 turbine rotor hub
28 Abgaskonus  28 exhaust cone
29 Außenwandung  29 outer wall
30 Ausnehmung  30 recess
31 Trichterartiges Kegelelement 31 Funnel-shaped cone element
32 Öffnung 32 opening
33 Öffnung  33 opening
34 Erstes Trägerband  34 First carrier tape
35 Napfelement  35 bowl element
36 Zweites Trägerband  36 Second carrier tape
37 Vorderer Flansch  37 Front flange
38 Hinterer Flansch  38 Rear flange
39 Versteifungselement  39 stiffening element

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorbers, dessen Außenwandung (29) mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (30) versehen ist, mit innerhalb des Schallabsorbers jeweils den Ausnehmungen (30) zugeordneten trichterartigen Kegelelementen (31), welche eine im Durchmesser größere radial nach außen weisende Öffnung (32) und eine kleinere radial nach innen weisende Öffnung (33) aufweisen, wobei benachbarte Kegelelemente (31) jeweils an einem streifenförmigen ersten Trägerband (34) ausgebildet werden, mit radial innerhalb zu den Kegelelementen (31) angeordneten, jeweils ein Kegelelement (31) aufnehmenden Napfelementen (35), wobei benachbarte Napfelemente (35) jeweils an einem streifenförmigen ersten Trägerband (36) ausgebildet werden, wobei die ersten Trägerbänder (34) nebeneinander in einer ersten Richtung angeordnet und die zweiten Trägerbänder (36) nebeneinander in einer zweiten Richtung angeordnet werden, wobei sich die Richtungen überkreuzen und die Trägerbänder (34, 36) zur Ausbildung eines starren Körpers miteinander und mit der Außenwandung (29) gefügt werden. 1. A method for producing a sound absorber whose outer wall (29) is provided with a plurality of recesses (30), within the sound absorber respectively the recesses (30) associated with funnel-like cone elements (31), which has a larger diameter radially outwardly facing Opening (32) and a smaller radially inwardly facing opening (33), wherein adjacent cone elements (31) are each formed on a strip-shaped first carrier strip (34), with radially inwardly to the cone elements (31) arranged, in each case a cone element ( 31) receiving Napfelementen (35), wherein adjacent Napfelemente (35) are each formed on a strip-shaped first carrier tape (36), wherein the first carrier tapes (34) arranged side by side in a first direction and the second carrier tapes (36) side by side in a second Direction are arranged, the directions crossing each other and the carrier tapes (34, 36) are joined together to form a rigid body and with the outer wall (29).
2. Gasturbinenabgaskonus nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelelemente (31) und/oder die Napfelemente (35) durch einen Umformvorgang aus dem Trägerband (34, 36) gefertigt oder als separate Teile gefertigt und mit dem mit Ausnehmungen versehenen Trägerband (34, 36) gefügt werden. 2. gas turbine exhaust cone according to claim 1, characterized in that the cone elements (31) and / or the cup elements (35) by a forming process from the carrier tape (34, 36) or manufactured as separate parts and provided with the recesses carrier tape (34 , 36).
3. Gasturbinenabgaskonus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbänder (34, 36) in einem Winkel zu einer zentrischen Achse (1) des Gasturbinenabgaskonus angeordnet werden. 3. gas turbine exhaust cone according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier belts (34, 36) are arranged at an angle to a central axis (1) of the gas turbine exhaust cone.
4. Gasturbinenabgaskonus, dessen Außenwandung (29) mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (30) versehen ist, mit innerhalb des Gasturbinenabgaskonus (28), jeweils den Ausnehmungen (30) zugeordneten trichterartigen Kegelelementen4. gas turbine exhaust cone whose outer wall (29) is provided with a plurality of recesses (30), within the gas turbine exhaust cone (28), in each case the recesses (30) associated with funnel-like cone elements
(31) , welche eine im Durchmesser größere radial nach außen weisende Öffnung(31), which has a larger diameter radially outwardly opening
(32) und eine kleinere radial nach innen weisende Öffnung (33) aufweisen, wobei benachbarte Kegelelemente (31) jeweils an einem streifenförmigen ersten Trägerband (34) angeordnet sind, mit radial innerhalb zu den Kegelelementen (31) angeordneten, jeweils ein Kegelelement (31) aufnehmenden Napfelementen (35), wobei benachbarte Napfelemente (35) jeweils an einem streifenförmigen ersten Trägerband (36) angeordnet sind, wobei die ersten Trägerbänder (34) nebeneinander in einer ersten Richtung angeordnet und die zweiten Trägerbänder (36) nebeneinander in einer zweiten Richtung angeordnet sind, wobei sich die Richtungen überkreuzen und die Trägerbänder (34, 36) zur Ausbildung eines starren Körpers miteinander und mit der Außenwandung (29) gefügt sind. (32) and a smaller radially inwardly facing opening (33), wherein adjacent cone elements (31) are each arranged on a strip-shaped first carrier strip (34), with radially inwardly to the cone elements (31) arranged, each a cone element (31) receiving cup elements (35), wherein adjacent cup elements (35) are each arranged on a strip-shaped first carrier tape (36), wherein the first carrier tapes (34) arranged side by side in a first direction and the second carrier tapes ( 36) are arranged side by side in a second direction, wherein the directions cross over and the carrier tapes (34, 36) are joined together to form a rigid body and with the outer wall (29).
5. Gasturbinenabgaskonus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelelemente (31) und/oder die Napfelemente (35) durch einen Umformvorgang aus dem Trägerband (34, 36) gefertigt oder als separate Teile gefertigt und mit dem mit Ausnehmungen versehenen Trägerband (34, 36) gefügt sind und/oder dass die Trägerbänder (34, 36) in einem Winkel zu einer zentrischen Achse (1) des Gasturbinenabgaskonus angeordnet sind und/oder dass die Kegelelemente (31) in radialer Richtung eine Höhe aufweisen, welche geringer ist als die Tiefe der Napfelemente (35). 5. gas turbine exhaust cone according to claim 4, characterized in that the cone elements (31) and / or the cup elements (35) by a forming process from the carrier tape (34, 36) or manufactured as separate parts and provided with the recesses carrier tape (34 , 36) are joined and / or that the carrier tapes (34, 36) are arranged at an angle to a central axis (1) of the gas turbine exhaust cone and / or that the cone elements (31) in the radial direction have a height which is less than the depth of the cup elements (35).
6. Gasturbinenabgaskonus nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwandung (29) mit einer eine Vielzahl von Ausnehmungen aufweisenden Perforation oder mit singulären, jeweils einzeln einem Kegelelement (31) zugeordneten Ausnehmungen (30) versehen ist. 6. gas turbine exhaust cone according to one of claims 4 or 5, characterized in that the outer wall (29) having a plurality of recesses perforation or with singular, each individually a cone element (31) associated recesses (30) is provided.
7. Gasturbinenabgaskonus nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Außenwandung (29) eine Wabenstrukturschicht ausgebildet ist, wobei die Außenwandung (29) in bevorzugter Weiterbildung doppelwandig mit zwischengeordneter Wabenstrukturschicht ausgebildet ist und/oder dass die Trägerbänder (34, 36) an ihren Endbereichen jeweils mit einem Flansch (37, 38) verbunden sind. 7. gas turbine exhaust cone according to one of claims 4 to 6, characterized in that in the region of the outer wall (29) is formed a honeycomb structure layer, wherein the outer wall (29) is formed in a preferred development double-walled with interposed honeycomb layer and / or that the carrier tapes (34 , 36) are connected at their end regions in each case with a flange (37, 38).
8. Gasturbinenabgaskonus nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass radial innerhalb der durch die gefügten zweiten Trägerbänder (36) gebildeten Struktur längliche, die Napfelemente (35) abstützende Versteifungselemente (39) angeordnet sind, welche in bevorzugter Weiterbildung zwischen benachbarten Reihen von Napfelementen angeordnet sind. 8. gas turbine exhaust cone according to one of claims 4 to 7, characterized in that radially within the structure formed by the joined second carrier bands (36) elongated, the cup elements (35) supporting stiffening elements (39) are arranged, which in a preferred Training between adjacent rows of cup elements are arranged.
9. Gasturbinenabgaskonus nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kegelelemente (31) und die Napfelemente (35) in9. gas turbine exhaust cone according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cone elements (31) and the cup elements (35) in
Axialrichtung an Teilbereichen oder im Wesentlichen entlang der Gesamtlänge des Gasturbinenabgaskonus (28) vorgesehen sind. Axial direction at portions or substantially along the entire length of the gas turbine exhaust cone (28) are provided.
10. Akustischer Absorber, umfassend einen Gasturbinenabgaskonus nach einem der Ansprüche 4 bis 9. 10. Acoustic absorber comprising a gas turbine exhaust cone according to one of claims 4 to 9.
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